定扭设备拧紧理论交流

1、 一、预紧力和扭矩 二、扭矩的测量方法 三、影响扭矩转换预紧力的因素 四、接点的类型 五、定扭设备的选型 目录目录 一、预紧力和扭矩： 拧紧是通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧的过程。所以， 我们需要的是预紧力。但是在实际生产过程中，我们测量的却是扭 矩。 为什么？ 目前预紧力的测量方法： 螺栓拧紧受所承受的轴向力即螺栓预紧力，当螺栓 承受预紧力的时候其必然伸长，这就是螺栓的伸长量。一般来说 在一定范围内，螺栓的伸长量和其所承受轴向力是成正比的。所 以实验室通过超声波测量螺栓伸长量的方法，来 计算预紧力。 1.实验室测量预紧力的方法： 2.在装配过程中很难测量预紧力： 实验室测量预紧力的方法有以下

2、几 个缺点： 1.设备费用高； 2.对螺栓要求较高； 3.不易操作。 因此测量预紧力的方法很难使用到 生产过程中。 6 在生产时，我们一般使用另外一种测量方式：在生产时，我们一般使用另外一种测量方式：扭矩扭矩。 使用扭矩装配时，当达到规定的扭矩就停止拧紧，只对 一个确定的紧固力矩进行控制。这样操作简单，扭矩容易测量和控 制，扭矩事后也容易复检，同时设备费用也较低。所以，生产时一 般采用扭矩装配方式。 3.我们一般选择扭矩装配： 二、扭矩的测量方法 7 如何在一个连接件上测量扭矩？ 1.动态扭矩:在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量； 2.静态扭矩:安装后用扭矩扳手测量。 1.动态与静态扭矩获

3、得结果对比： 8 以下是一组实验获得的动态、静态扭矩结果对比。测 试方法：在常规连接条件下，以校准OK的电动定扭枪对7组 螺栓进行拧紧（目标扭矩92Nm)，并记录动态扭矩结果。然 后，使用扭力扳手测量。从而，得出7组拧紧数据： 2. 使用扭力扳手测量的优缺点： 9 优点： 1.设备成本低； 2.轻便且无需电源，可以随地测量。 缺点: 1.只能检查扭矩是否太低; 2.同时受静态摩擦力影响; 3.测量时间相对较长，效率低； 4.测力扳手的误差大。 三、影响扭矩转换预紧力的因素： 在装配过程中影响拧紧结果的主要有以下三个因素： 1.摩擦； 2.连接件尺寸变化； 3. 振动。 11 生产过程中，我们一

4、般选择扭矩装配方式。但是我们需要 的还是预紧力。那这两者是怎么样一个换算关系呢？是否所有的扭矩 都能转换为预紧力？ 经过大量的试验和实践经验的积累，在实际拧紧过程中受 到摩擦因素等影响，仅仅5%15%的扭矩转化为所需要的预紧力，有约 90%的扭矩被拧紧过程中的摩擦消耗掉。 1.摩擦对拧紧结果的影响： (1)扭矩与预紧力的换算关系 Tq = ( P / 2 + tRt / Cos a + b Rb ) x F Tq为扭矩 P为螺距 t为螺纹副之间摩擦系数 Rt为螺纹半径 a为牙型角 b为紧固件头部摩擦系数 Rb为摩擦在螺帽或螺栓头部底下的支承表面有效摩擦半径 F为预紧力 这个公式经常被简化为Tq

5、 = KxDxF D为螺纹直径，K为螺栓常数（一般在0.10.3之间，K的取值与螺纹副 之间、紧固件头部的摩擦系数有关） (2)拧紧的50-40-10规则： (3)预紧力与摩擦力的关系： (4)生产实例： 08年，我们在底盘线导入定扭枪的时候出现这样的问题：我们使用同 一把定扭枪对三个位置的螺栓进行拧紧作业。相同的螺栓，相同的扭矩。可是下线 监测，时常发现后避震器与后轴结合处的螺栓扭矩不足，而另外两个螺栓扭矩正常。 经过调查发现，是因为该处螺栓孔有焊 渣，导致了扭矩不足现象的发生。我们 通过零品解决了这个问题。 可是才过几天，又发现这个 螺栓的扭矩太大了，工件有被螺栓头压 裂的现象。后来经过调

6、查发现，是厂商 在加工的时候有润滑油留入了螺栓孔。 16 2. 连接件的尺寸变化对拧紧结果的影响： （1）螺栓和连接的轴向变形： 17 (1)螺栓和连接的轴向变形： 18 (1)螺栓和连接的轴向变形： 19 (2)轴向工作载荷的影响： 生产实例： 在SEM，因为高架线吊起的是车体，而成车下线后接触 地面的是轮胎，在竖直方向产生载荷变化。所以，对于会受此轴向载荷变化影 响的螺栓，我们在高架线进行组立，而在终装线进行扭矩测量。 20 (3)材料的弹性松弛会使预紧力衰减： 21 (3)材料的弹性松弛会使预紧力衰减： 在到达目标扭矩后，我们一般要求有保压的动作，保压时间 在30毫秒以上。 22 3.

7、振动对拧紧结果的影响： 振动可分为轴向振动和径向振动： 实验证明轴向振动可引起螺栓连接副的永久变形，从而导 致预紧力下降明显。而且随着振动次数的增加，预紧力下降越明显。 常规连接时，振动20万次预紧力下降约19%，振动40万次下降38.4%。 径向振动同样会引起预紧力下降，但不明显。径向振动一 定时间后，预紧力不再下降。 设计时，要注意螺栓的轴向与振动发生方向垂直。 23 四、接点的类型 根据ISO5393 （测试直接驱动工具的工业标准），接点的类型可分为 硬连接、软连接和中性连接。 24 1.硬连接 硬连接：到达贴合点后，旋转30度以内达到目标扭矩。 常见于金属和金属的连接，如： 气缸盖和发

8、动机本体的连接； 制动钳螺栓； 自动变速箱组件。 25 2.软连接 软连接：到达贴合点后，旋转720度以上达到目标扭矩。 常见于可压缩性材料，如： 使用橡胶衬套的零部件； U型螺栓（弹簧）； 座椅支架（必须穿过地毯拧紧）。 26 3.中性连接 中性连接：到达贴合点后，旋转30度以上，720以内达到目标扭矩。 中性连接一般不单独存在于拧紧过程。 常见的如： 紧锁垫片：开始为中度软连接，当锁片压紧时为硬连接 自攻螺丝：攻螺纹过程为中度软连接，拧紧过程为硬连接或 者软连接。 27 4.区分连接类型的意义 我们需要根据不同的连接类型来设定不同的拧紧工具参数 （如工具转速、监控角度等）以保证拧紧精度，并

9、提高拧紧效率。 28 连接速度 Rate = T / A 一般情况下，Rate值越大，为保证拧紧精度，到达拧紧扭 矩切换点后，工具设置转速需越小。（根据经验切换点的扭矩一般为 目标扭矩的1020%）。 29 五、定扭设备的选型 1.设备类型的选择。 目前，定扭设备的类型有很多，根据扭矩发生原理不同常 见的有：气压脉冲、液压脉冲、机械脉冲、冲击工具、重载荷冲击工 具和直流伺服电枪等。而这些设备又可根据控制方式、是否安装扭矩 传感器、数据存储器等划分，种类繁多。 我们一般依据下面几点选择设备类型： 1 ）拧紧精度的要求； 2 ）目标扭矩大小； 3 ）连接类型； 4 ）有无数据采集需求； 5 ）其他作业需求，如作业工时限制，作业空间等; 6 ） 设备成本。 30 1.设备类型的选择： 31 2.设备型号的选择： 设备型号的选择主要包括： 1）手持方式的选择：主要 根据作业需求，来选择便于 操作的手持方式。 2）扭矩范围的选择：主要 依据拧紧的目标扭矩来选取。 尽可能地让扭矩范围的上下 限均值接近目标扭矩。 32 3.输出头的选择： 在设备类型和型号确定后，我们还需要根据拧紧作业 内容及作业环境来选择不同的输出头，如：作业空间狭小的场合， 我们可以考虑选择鸭嘴头；在拧紧管螺母时，也有专用的管螺母 夹头。 33 4.反